行動裝置添助力　LTE商用服務迅速蔓延

由於導入長程演進計畫(LTE)的智慧型手機與平板裝置紛紛上市，刺激消費者爭相體驗新世代通訊技術所帶來的更高傳輸速率服務，因此讓全球LTE用戶在2011年底時達到近四億戶，發展速度超乎預期。

圖1　GCT技術應用經理呂承翰表示，LTE市場正紅的同時，包括散熱、RF設計等問題也逐漸浮上檯面。

GCT技術應用經理呂承翰(圖1)表示，根據全球行動供應商協會(GSA)的資料顯示，至2012年3月底，市面上已有三百四十七種裝置支援LTE技術，涵蓋智慧型手機、平板裝置、路由器(Router)、連接裝置(Dongle)、Netbook與毫微微型蜂巢式(Femtocell)基地台，為各家電信商LTE用戶數大幅成長的動力來源。

其中，威瑞森(Verizon)在2011年第四季LTE用戶數已達三百多萬戶，而在蘋果New iPad的帶動下，2012年第二季更成長至八百到九百萬戶。

羅德史瓦茲(R&S)業務及應用工程服務部副理林志龍(圖2)指出，目前LTE全球最大的營運商當屬Verizon，該公司不但與手機業者推出十六款LTE智慧型手機，並積極提升LTE網路覆蓋率，現階段已超過兩億人口，而能達到此覆蓋率，LTE裝置著實扮演相當重要的角色。

圖2　台灣羅德史瓦茲業務及應用工程服務部副理林志龍表示，為強化LTE服務品質，LTE換手測試已為近期電信業者或行動裝置製造商致力發展的技術。

除了Verizon之外，沃達豐(Vodafon)在德國已布建一千五百座LTE基地台，預計今年將架設一萬座；日本亦為當前全球LTE主力市場，NTT DoCoMo預計於2015年達到LTE覆蓋率為98%、三千萬用戶目標；軟體銀行(SoftBank)則是積極發展分時雙工(TDD)LTE，預期今年用戶數可達兩百萬。

LTE多頻多模帶來新設計挑戰

雖然LTE市場呈現一片榮景，但LTE技術仍有潛在的問題。呂承翰指出，全球LTE頻段眾多，各國採用的頻段太分散，將是晶片商、裝置製造商與電信業者面臨的一大挑戰，支援多頻多模將是目前主要的解決之道，但如此一來，勢必將增加LTE裝置成本。

由於各國LTE採用的頻段相當分散，對於晶片商、網通業者或行動裝置製造商來說，若產品須全球漫遊，即須支援所有的頻段。為解決此問題，各國目前已開始進行協商，以期可固定幾個特定頻段供LTE使用。

呂承翰表示，相較於3G採用四個頻段，LTE頻段太多、分布太廣，一直是潛在的大問題，為能全球漫遊，LTE終端裝置得支援多重頻段(Multi-band)，但對業者來說除設計將遭遇挑戰外，成本也將提升不少，勢必影響LTE普及。因此GSMA與主要LTE營運商已開始進行討論，希望可將LTE頻段分布範圍縮小。

散熱/干擾成LTE晶片設計關鍵

支援多頻多模的晶片產品在設計上，除須注意各技術間訊號干擾的問題外，搭配的功率放大器接收與發送器也要特別定義；另外，由於LTE傳輸速率較高，因此晶片散熱問題也須特別注意。

不僅如此，LTE又分為分頻雙工(FDD)與分時雙工(TDD)模式，也須向下相容於2G、3G，因此不僅LTE相關的認證外，還須增加歐洲全球認證論壇(GCF)與北美PCS型號認證委員會(PCTRB)的認證，將提高開發成本。

值得注意的是，每個LTE營運商在標準協會的驗證外，皆提出各自的認證項目，以確保用戶端產品可與其LTE網路完美搭配，因此晶片或終端業者也須與電信營運商密切合作。

此外，LTE採用新的正交分頻多重存取(OFDMA)調變技術不但影響LTE晶片本身的設計，對搭配的功率放大器(PA)也帶來新挑戰。呂承翰分析，OFDMA技術會造成高峰值隊平均功率比(PAR)值，提高功率放大器的設計門檻，並增加成本，因此LTE在上行通道改採單載波分頻多工(SC-FDMA)，進一步解決此問題。

APT技術/高整合雙管齊下　PA功耗省很大

由於功率放大器為智慧型手機中較為耗電的元件，再加上各國LTE頻段不同，手機要能全球漫遊即須多顆功率放大器，對於手機電池壽命影響將更雪上加霜，因此業者致力改善功率放大器耗電的問題，並提升整合度。

圖3　Anadigics台灣分公司總經理陳彥良表示，該公司的PAD產品可降低50%所需電路板面積，功耗在3G模式下僅需23毫安培(mA)。

安利吉(Anadigics)台灣分公司總經理陳彥良(圖3)表示，功率放大器是智慧型手機不可或缺的元件，但功率放大器倚賴較大的電流電壓將訊號增強，因此耗電量難免較一般元件來得高，因此透過平均功率追蹤(APT)軟體控制功率放大器供電量的大小，將可有效減少耗電。

平均功率追蹤技術可分析功率放大器何時需要較高的電壓，若功率放大器未運作時，則給予較低的電壓，但仍可維持功率放大器的訊號品質。如此一來，電池供給功率放大器的電壓無需時時在高位準，有助提升功率放大器的效率，並進一步降低功率放大器的耗電。陳彥良指出，APT技術可內建於電源管理IC(PMIC)中，有效、彈性的管理供應功率放大器電壓，而功率放大器本身也須配合此技術進行設計上的調整。

另一方面，降低功率放大器的採用數量，也可延長電池壽命。不過，現階段各國LTE頻段複雜，且須向下相容2G、3G技術，因此難以減少功率放大器元件的數量。陳彥良認為，每一種通訊技術包括3G、LTE、藍牙(Bluetooth)與無線區域網路(Wi-Fi)等，皆需要一顆功率放大器，甚至不同頻段也須一顆功率放大器，所以目前一般3G智慧型手機即須內建五顆以上的功率放大器，才可全球漫遊。LTE頻段如此複雜，勢必需要更多功率放大器與雙工器(Duplexer)，但相對的耗電量將相當可觀，且也將占較大的印刷電路板(PCB)空間。

為解決此題，支援多頻多模、整合雙工器的功率放大器，將是最佳的解決之道。陳彥良表示，Anadigics近期已推出整合雙工器、支援LTE與3G的雙模功率放大器PAD產品線，並導入APT技術，因此元件功耗不但較低，還可節省印刷電路板空間。

舉例而言，目前LTE要能全球漫遊，至少須支援七至八個頻段，亦即需七至八顆功率放大器與雙工器，若採用PAD產品，則僅需三至四顆。

LTE服務不打折　換手機制重要性大增

支援LTE終端裝置陸續推出的同時，LTE網路基礎建設的布建卻尚未完全覆蓋所有地區，若遇到未有LTE基地台與訊號的狀況時，LTE裝置自動換手(Handover)至全球行動通訊系統(GSM)的機制將相當重要。

林志龍表示，雖然支援LTE的終端裝置越來越多，但是全球仍有多數地區未布建LTE網路，或LTE訊號較微弱的地方，電信業者服務品質不能因而打折，故電信業者相當重視LTE換手至2G、3G網路的機制。

舉例來說，支援LTE技術的蘋果(Apple)New iPad雖然在台灣上市，但事實上，台灣並無法使用LTE網路，不過New iPad可透過增強版高速封包存取(HSPA+)等寬頻網路連網，即是由於LTE規範中制定換手的方式，因此即使沒有LTE訊號，裝置也將自動搜尋可用的寬頻通訊技術。

目前LTE換手的機制包括Intra-Frequency、Inter-Frequency、Intra-Band、Inter-Band與Inter-RAT(Radio Access Technology)(圖4)，其中以Inter-RAT為目前電信業者發展的主要重點。林志龍指出，上述換手方式為行動裝置尋找LTE網路中不同的頻段或是基地台，以完成換手；而Inter-RAT為基地台訊號太弱時，透過使用不同的RAT進行換手，亦即從LTE網路換手至寬頻分碼多重存取(WCDMA)或GSM系統。

資料來源：羅德史瓦茲(05/2012) 圖4　Inter-RAT換手機制運作示意圖

Inter-RAT機制須要行動裝置在不同的基地台網路中，自動切換至訊號較佳的基地台，甚至切換後基地台訊號又變弱時，再次進行自動切換，因此手機須透過無線電技術搜尋目標RAT，才能順利換手。林志龍認為，若是行動裝置在待機時間順利找到合適的基地台並註冊，換手機制相對簡單，較麻煩的是手機在連線狀態中，須要重選(Reselection)基地台時，如何順暢切換且不影響通話品質，將是較大的挑戰。此時即需量測儀器的協助，才能判斷手機與基地台間的換手機制是否可滿足LTE規範要求。

為協助行動裝置製造商測試LTE產品換手機制的良窳，羅德史瓦茲推出整合完整無線通訊技術的CMW500，林志龍強調，由於CMW500內建完整行動通訊技術，因此可以一台單機測試LTE到WCDMA，以及LTE至GSM換手，毋須透過多台儀器。

LTE在全球電信營運商的大力支持下，已站在較佳的發展起跑線；隨著LTE終端裝置不斷推出，以及成本結構與服務品質獲得進一步改善，市場發展將更加蓬勃。